VGA彩条信号显示控制

一、实验目的：

1. 熟练掌握 Verilog HDL语言和QuartusII 软件的使用；

2. 理解状态机的工作原理和设计方法；

3. 熟悉 VGA 接口协议规范。

4.通过对VGA接口的显示控制设计，理解VGA接口的时序工作原理，掌握通过计数器产生时序控制信号的方法以及用MEGEFUNCTION制作锁相环的方法。

实验原理

显示控制原理

常见的彩色显示器一般由阴极射线管(CRT)构成，彩色由GRB(Green Red Blue)基色组成。显示采用逐行扫描的方式解决，阴极射线枪发出电子束打在涂有荧光粉的荧光屏上，产生GRB基色，合成一个彩色像素。扫描从屏幕的左上方开始，从左到右，从上到下，逐行扫描，每扫完一行，电子束回到屏幕的左边下一行的起始位置，在这期间，CRT、对电子束进行消隐，每行结束时，用行同步信号进行行同步；扫描完所有行，用场同步信号进行场同步，并使扫描回到屏幕的左上方，同时进行场消隐，并预备进行下一次的扫描。

2、VGA时序信号

计算机内部以数字方式生成的显示图像信息，被显卡中的数字/模拟转换器转变为R、G、B 三原色信号和行、场同步信号，信号通过电缆传输到显示设备中。对于模拟显示设备，如模拟CRT 显示器，信号被直接送到相应的处理电路，驱动控制显像管生成图像。设计 VGA 控制器的关键是产生符合VGA 接口协议规定的行同步和场同步信号，它们的时序关系如下图所示：

h_sync：水平同步信号(负脉冲)，每个水平扫描周期显示器刷新一行；

v_sync：垂直同步信号(负脉冲)，每个垂直扫描周期显示器刷新一帧；

行同步信号(HS)场同步信号(VS)时序名称时钟数(像素数)时序名称行数前沿16前沿10行同步96场同步2数据640数据480后沿48后沿33总像素数800总行数525

按照每秒60帧的刷新速度来计算，所需要的时钟频率为：

频率＝60Hz(帧数)×525(行)×800(每一行像素数)＝25.2MHz

所以我们通过开发系统的50MHz时钟资源，通过时钟分频产生25MHz的频率即可。虽然没有达到精确的25.2MHz的时钟频率(刷新率可能会是59Hz)，但是并不会造成影响。

3、VGA显示器的工作过程

以屏幕左上角的那个像素作为原点(1,1)。当显示器接收到控制器输出的v_sync信号，则开始一个新的垂直刷新循环，同时控制器输出h_sync信号。当经过P+Q=1.084ms的时间后，准备开始水平刷新循环，当h_sync信号的下降沿到来时，即开始刷新第一行(行数加1)。再经过B+C = 5.66?s的时间后，开始刷新第一行的第一个像素(列数加1)，并按照所需的时钟频率，刷新此行中其余像素。直到显示器接收到下一个h_sync信号，又开始刷新第二行。

重复此过程，直到刷新到屏幕的底部。当刷新了最下面一行的最后一个像素后，显示器即完成了一帧的刷新，控制器又输出v_sync信号，显示器又开始一个新的垂直刷新循环。

实验内容：

输入源程序；

2.全程编译；

3.时序仿真；

引脚锁定；

5.编译文件下载；

四、最终硬件测试结果：

实验体会：

通过对EDA课程的学习，我对电路的软件和硬件方面的知识有了进一步的了解，至少对于QuartusII经历了由陌生到熟悉应用的过程，这次VGA实验是我本科到现在做过的最有意思的实验之一。刚开始实验时，简单地认为实验是简单而愉快的。但在一次上课时老师的一句幽默“我很欣慰，果然没有一个人理解了状态机的设计”让我认识到自己的浅薄与无知。状态机和系统的设计当时在我的脑海里就是一团乱麻，“剪不断，理还乱”。这都什么跟什么啊，我突然意识到我是不是跟我的学科脱节啦，所以，我决定在本科的有限时间里多动手实验、学习，努力去发现自己的不足，于是我申请进了学院的实验室学习，感觉这门课对我的影响还是恨大的，张老师质朴的教学方式和把我们当成自己孩子的教诲，让我很是欣慰。在这次课程以前从来没有了解过VGA的显示原理和工作模式，刚开始学习的时候觉得非常茫然，不知道从何处下手。在老师的引导下，我按照实验的整体过程，先看了课本，了解了VGA显示和时序控制的相关原理。于是明白这次实验设计的重点就是VGA时序控制模块的设计。再仔细分析时序关系，画出状态转移图，同步区、显示区、消隐区时计数器的数值，便可很方便的编出程序。虽然在实验中也遇到了各种各样的问题，但最终都一一解决，也更让我体会到实验中的乐趣。同时，通过VGA显示实验，我加深了对EDA技术的理解，初步掌握了QuartusII软件图形编辑的使用。我接触了使用VHDL编程的一些基本技术和方法，初步掌握QuartusII软件的使用方法、进一步熟悉了数字系统VHDL设计